Роль хирургической травмы в ответе дофаминергической системы гиппокампа при моделировании хирургических вмешательств в полости носа, околоносовых пазухах и альвеолярном отростке верхней челюсти у крыс

Цель: оценить влияние хирургической травмы на ответ дофаминергической системы гиппокампа при мо- делировании хирургических вмешательств в полости носа, околоносовых пазухах и альвеолярном отростке верхней челюсти у крыс.
Материал и методы. Моделирование операций проводилось на крысах-самцах линии Wistar под общей анестезией раствором Золетил 100. В 1-й группе (n=10) проводили моделирование септопластики. Во 2-й группе (n=10) проводили дентальную имплантацию. В 3-й группе (n=10) в альвеолярном отростке верхней челюсти делали лунку. В 4-й группе 10 крысам проводили синус-лифтинг с дентальной имплантацией. В 5-й группе (n=10) проводили гайморотомию с повреждением слизистой оболочки ипсилатеральной верхне- челюстной пазухи. При помощи жидкостной хроматографии с электрохимической детекцией определяли концентрацию в гиппокамповой формации дофамина (DA), гомованилиновой кислоты (HVA), 3,4-дигидрок- сифенилуксусной кислоты (DOPAC), 3-метокситирамина (3-МТ). Определяли также DOPAC/DA, HVA/DA, 3-MT/DA. Контролем являлись 10 интактных крыс той же линии. Результаты. Концентрация DA в гиппокампе по сравнению с контролем была достоверно выше в 5-й группе и ниже в 4-й группе. Концентрация HVA была значимо выше во 2-й группе, в 5-й (p<0,01) и 1-й (p<0,05) группах. Межгрупповое сравнение выявило, что концентрация HVA была значимо выше во 2-й группе по сравнению с остальными экспериментальными группами (p<0,001). В группах 1, 3 и 4 этот показатель был значимо ниже по сравнению с 5-й группой (p<0,01). Уровень DOPAC был значимо выше в 5-й группе (p<0,01) по сравнению с контрольными данными. Концентрация 3-МТ была достоверно выше в 4-й и 5-й группах (p<0,001), а также в 1-й (p<0,05) и 3-й (p<0,01) группах. DOPAC/DA было значимо ниже во 2-й и 4-й группах по сравнению с контр- олем (p<0,001), а также это отмечалось в 5-й группе (p<0,01). Отношение HVA/DA по сравнению с контрольной группой животных было достоверно ниже в группах 4 и 5 (p<0,001). Во 2-й и 5-й группах (p<0,01), а также в группе 4 (p<0,001) отношение 3-MT/DA было статистически ниже, чем у контрольной группе.
Заключение. При проведении моделирования синус-лифтинга с одномоментной имплантацией и денталь- ной имплантации, осложненной гайморотомией, отмечается рост концентрации метаболитов DA 3-MT, HVA и DOPAC при одновременном снижении дофаминергической активности гиппокампальной формации по сравнению с моделированием септопластики и простым повреждением альвеолярного отростка верхней челюсти. Хирургическая травма при моделировании операций в полости носа, околоносовых пазухах и аль- веолярном отростке верхней челюсти у крыс провоцирует выраженный стрессорный ответ дофаминергиче- ской системы гиппокампа, что можно интерпретировать как срыв адаптационных механизмов и развитие дезадаптации в раннем послеоперационном периоде.
Ключевые слова: дентальная имплантация, синус-лифтинг, септопластика, гиппокамп, зубчатая извилина, дофамин, гомованилиновая кислота, DOPAC, 3-МТ, DOPAC/DA, HVA/DA, 3-MT/DA.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Финансирование. Работа выполнена без спонсорской поддержки.

Aim of the study: to evaluate the impact of surgical trauma on the hippocampal dopaminergic system response in simulated surgical interventions on the nasal cavity, paranasal sinuses, and alveolar process of the maxilla in rats. Material and methods. Surgery simulation was performed on male Wistar rats under general anesthesia with Zoletil 100 solution. Septoplasty was simulated in group 1 (n=10). Dental implantation was performed in group 2 (n=10). In group 3 (n=10), a cavity was created in the alveolar process of the maxilla. In group 4, 10 rats underwent sinus lift surgery with dental implantation. In group 5 (n=10), maxillary sinusotomy was performed with injury to the mucosa of the ipsilateral maxillary sinus. Liquid chromatography with electrochemical detection was used to determine the concentration of dopamine (DA), homovanillic acid (HVA), 3,4-dihydroxyphenylacetic acid (DOPAC), 3-methoxytyramine (3-MT) in the hippocampal formation. The DOPAC/DA, HVA/DA, 3-MT/DA ratios were also determined. The control group included 10 intact rats of the same lineage. Results. The DA concentration in the hippocampus was significantly higher in group 5 and lower in group 4 compared with the control. HVA concentration was significantly higher in group 2, in group 5 (p<0.01) and in group 1 (p<0.05). Inter-group comparison revealed that HVA concentration was significantly higher in group 2 compared with the rest of the experimental groups (p<0.001). This parameter was significantly lower in groups 1, 3, and 4 compared with group 5 (p<0.01). DOPAC level was significantly higher in group 5 (p<0.01) compared with the control data. 3-MT concentration was significantly higher in groups 4 and 5 (p<0.001), as well as in groups 1 (p<0.05) and 3 (p<0.01). DOPAC/DA was significantly lower in groups 2 and 4 compared with controls (p<0.001), which was also observed in group 5 (p<0.01). HVA/DA ratio was significantly lower in groups 4 and 5 compared with the control animals (p<0.001). The 3-MT/DA ratio was significantly lower in groups 2 and 5 (p<0.01) as well as in group 4 (p<0.001) compared with the control group. Conclusion. The concentration of dopamine metabolites 3-MT, HVA, and DOPAC increases, while the dopaminergic activity of the hippocampal formation decreases in simulated sinus lift surgery with simultaneous implantation and dental implantation complicated by maxillary sinusotomy compared with the parameters in simulated septoplasty and simple maxillary alveolar process injury. Surgical trauma during the simulated operations on the nasal cavity, paranasal sinuses, and alveolar process of the maxilla in rats provokes a pronounced stress response of the hippocampal dopaminergic system, which can be interpreted as disruption of adaptive mechanisms and the development of maladaptation in the early postoperative period. Key words: dental implantation, sinus lift surgery, septoplasty, hippocampus, dentate gyrus, dopamine, homovanillic acid, DOPAC, 3-MT, DOPAC/DA, HVA/DA, 3-MT/DA Conflicts of interest. The authors have no conflicts of interest to declare. Funding. There was no funding for this study

Введение. Многие заболевания полости носа и челюстно-лицевой обла- сти требуют хирургического лечения [1–6]: искривление перего родки носа [2, 7–11], дентальная имплантация [9, 12, 13], синус- лифтинг [8, 14, 15]. Хирургические вмешательства в области головы и шеи провоцируют не только последующие стрессовые реакции [16, 17], но и осложнения, например носовое кровотечение после септопластики [18–20], воспалительные реакции [16] или повреждение эпителиального слоя верхнечелюстной пазухи при дентальной имплантации [8, 21]. Известно, что в стресс-ответе организма кроме гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси принимает участие и гиппокампальная формация, включающая в себя гиппокамп и зубчатую извилину [22–28]. Ранее было установлено, что при моделировании хирургических вмешательств в полости носа организм отвечает изменениями вариабельности сердечного ритма [29, 30], нарушением нормальной функции вегетативной нервной системы [21, 31] массивным выбросом глюко- и минералокортикоидов в плазму крови в первые 2–5 дней после операции [32], а также изменениями цитоархитектоники пирамидного слоя гиппокампальной формации [33]. Гиппокампальная формация очень тонко реагирует на внешние и внутренние стрессорные факторы, например моноаминергические системы [34, 35]. Так, особо чувствительны к подобному воздействию ее норадренергическая, серотонинергическая и дофаминергическая системы [25, 36–44]. Ранее не проводилось исследований, направленных на изучение монаминергических систем гиппокампа, в частности дофаминергической, при проведении моделирования хирургических вмешательств в полости носа, верхней челюсти и околоносовых пазух. Цель исследования: оценить влияние хирургической травмы на ответ дофаминергической системы гиппокампа при моделирования хирургических вмешательств в полости носа, околоносовых пазухах и альвеолярном отростке верхней челюсти у крыс. Материал и методы Моделирование операций. В исследовании использовались крысы-самцы линии Wistar массой тела 210–280 г. Хирургические вмешательства во всех группах проводили под общей анестезией с введением в хвостовую вену раствора Золетил 100. В 1-й группе (n=10) проводили моделирование септопластики стандартным методом путем зигзагообразной скарификации слизистой оболочки полости носа по стандартной методике [29, 32]. Во 2-й группе (n=10) проводили дентальную имплантацию титановым имплантатом после формирования лунки при помощи бора (рис. 1а). В 3-й группе (n=10) в альвеолярном отростке верхней челюсти делали только лунку без последующих манипуляций (рис. 1б). В 4-й группе 10 крысам проводили синус-лифтинг костной стружкой с одномоментной имплантацией титанового имплантата (рис. 1в). В 5-й группе (n=10) при помощи микробора через предварительно сформированную лунку в альвеолярном отростке верхней челюсти осуществляли гайморотомию с повреждением слизистой оболочки ипсилатеральной верхнечелюстной пазухи (рис. 1г). Группу контроля составили 5 интактных крыс, у которых не проводились никакие хирургические вмешательства. Высокоэффективная жидкостная хроматография с электрохимической детекцией. На 4-й послеоперационный день в каждой экспериментальной группе проводили эвтаназию токсическими дозами раствора Золетила 100, поле чего животным проводили гильотинирование, трепанацию черепа и извлечение головного мозга без предварительной его инфузии. Дофамин (DA), гомованилиновую кислоту (HVA), 3,4-дигидроксифенилуксусную кислоту (DOPAC) и 3-метокситирамин (3-МТ, 3-метокси-4-гидроксифенетиламин) разделяли на обращенно-фазной колонке ReproSil-Pur (Dr.Majsch GMBH) с использованием в качестве подвижной фазы цитратно-фосфатный буфер рН 3,85. Определение моноаминов и их метаболитов осуществляли на стеклоуглеродном электроде. Регистрацию образцов проводили с применением аппаратно-программного комплекса МУЛЬТИХРОМ 1,5 (АМПЕРСЕНД). Кроме указанных веществ вычисляли следующие отношения: DOPAC/DA, HVA/DA и 3-MT/DA. Исследование проводили в соответствии с директивой 2010/63/EU от 22.10.2018 и Приказом №267 Минздрава РФ от 19.06.2003. Статистический анализ. Данные обрабатывали в программном обеспечении Microsoft Exel, MATLAB, Statistica 12.6, JASP 0.14.0.0. При сравнении данных экспериментальных групп между собой и с данными контрольных групп использовали критерий Стьюдента или критерий Манна–Уитни. При неравномерности распределения выборки применяли критерий Манна–Уитни, в случае ее равномерного распределения – критерий Стьюдента. Для каждого сравнения определялся свой уровень значимости (р< от 0,001 до 0,05). Результаты Дофамин. U-критерий Манна–Уитни показал, что уровень концентрации DA в гиппокампе через четверо суток после моделирования хирургических вмешательств в полости носа, на верхней челюсти и околоносовых пазухах по сравнению с контролем был достоверно выше в 5-й группе и ниже в 4-й группе (p DOPAC. Согласно U-критерию Манна–Уитни, концентрация DOPAC в 3-й (p Отношение DOPAC/DA. U-критерий Манна–Уитни показал, что отношение DOPAC/DA было значимо ниже во 2-й и 4-й группах по сравнению с контролем (p То же наблюдалось и при сравнении экспериментальных групп. Так, 4-я и 5-я группы имели это соотношение значимо ниже, чем в остальных экспериментальных группах (p ционным изменениям, которые индуцируют сенсибилизацию к стрессу за счет нарушения регуляции дофаминергической и/или норадренергической систем при активированном HVA и корковом ответе [58]. В цитоплазме нейронов DA подвергается не только ферментативному окислению с образованием DOPAC, но и спонтанному окислению с образованием 5-S-цистеинил-дофамина (Cys-DA). Теоретически окислительный стресс или снижение активности альдегиддегидрогеназы (ALDH) в остаточных нигростриарных дофаминергических нейронах могут увеличить уровни CysDA в цереброспинальной жидкости по сравнению с уровнями DOPAC [59]. DA метаболизируется МАО до биогенного альдегида 3,4-дигидроксифенилацетальдегида (DOPAL) перед детоксикацией несколькими ферментами ALDH до DOPAC [60]. Хотя очевидно, что нарушение гомеостатического пути DA может привести к заболеванию, до конца не известно, что вызывает результирующую цитотоксичность. Катехолальдегидная гипотеза передает идею о том, что DOPAL, высокореактивный биогенный альдегид, модифицирует белки [38, 61, 62]. DOPAL легко реагирует с белками через его альдегидную составляющую, которая подвергается реакции основания Шиффа с нуклеофилами (например, лизином) с последующей окислительной перегруппировкой с образованием стабильных аддуктов индольного типа [38]. DA и DOPAC модифицируют белки путем самоокисления катехиновой части до радикала семихинона или ортохинона и последующего присоединения Михаэля к тиолам (например, цистеину) [61, 63]. Точно так же DOPAL также может подвергаться автоокислению своего катехола. Считается, что это самоокисление увеличивает реакционную способность его альдегидного компонента [38]. DOPAL модифицирует несколько ключевых белков, участвующих в болезни Паркинсона (БП) , что подтверждает катехолальдегидную гипотезу. Например, DOPAL сильно олигомеризует α-синуклеин, который является отличительным признаком болезни Паркинсона [64, 65]. DOPAL также ингибирует тирозингидроксилазу, фермент, ограничивающий скорость синтеза DA [66, 67]. Особый интерес представляет исследование Ploemen и соавт., в котором авторы обнаружили, что хинон DA ингибирует глутатион-S-трансферазу (GST) [68]. Считается, что окислительный стресс способствует событиям, вызывающим дегенерацию дофаминергических нейронов при болезни Паркинсона [70], а также делает более вероятной модификацию белков с помощью DOPAC, DA и DOPAL [38]. В то время как литературные сообщения подтверждают цитотоксичность DOPAL посредством модификации белка (например, модификации альфа-синуклеина) [65]. Было показано, что снижение уровня DOPAC в спинномозговой жидкости является не только показателем болезни Альцгеймера, но и нарушения функции вегетативной нервной системы [59]. С другой стороны, при постравматическом стрессовом расстройстве в гиппокампе уровень DOPAC увеличивается, совпадая с гиперактивацией норадренергичекой системы [25]. Экстраполируя эти данные на настоящее исследование, можно предположить, что снижение уровня DOPAC и рост p53-позитивных нейронов, а также увеличение апоптоза нейронов [16], во всех субполях гиппокампа связаны между собой и могут свидетельствовать о высоком уровне воздействия хирургического вмешательства синус-лифтинга с одномоментной дентальной имплантацией. Увеличение уровня DOPAC по сравнению с контролем было отмечено в группах септопластики, дентальной лунки и гаморотомии через дентальную лунку. Тканевой 3-МТ, накопленный в течение 10 минут после ингибирования МАО, может быть использован как показатель терминального высвобождения DA [23, 71]. Особенно его концентрация увеличивается при повреждении вентрального гиппокампа у крыс [23]. Поскольку вызванное стрессом относительное увеличение использования дофаминовой кислоты в стриатуме меньше, чем в других областях мозга [72], конечным результатом может быть незначительное увеличение уровня 3-MT в стриатуме [23]. Исследования 3-МТ при помощи микродиализа и вольтамперометрии выявили снижение реакции высвобождения DA на острые и повторяющиеся воздействия стрессоров более низкой степени (внутрибрюшинные инъекции физиологического раствора, иммобилизация или ущипывание за хвост) [73, 74]. С применением системы микроволновой фиксации было обнаружено значительное снижение уровней DA, 3-MT и HVA в стриатуме мышей линии R6/2 в возрасте 8 и 12 недель, параллельное двигательному дефициту у этих мышей [75, 76]. Аналогичным образом в нескольких исследованиях сообщалось о снижении уровня HVA в спинномозговой жидкости у пациентов с болезнью Гентингтона до идентификации гена HTT [77–79]. Было показано, что потере DA предшествовало изменение метаболизма DA, т.е. снижение уровней 3-MT и HVA, в стриатуме и лобной коре 4-недельных моторно бессимптомных мышей R6/2 [76]. Снижение соотношения 3-MT/DA и HVA/ DA в контексте снижения уровней DA [80] согласуется с более прямыми измерениями снижения высвобождения DA [81, 82]. Известно, что DA играет важную роль в функционировании центральной нервной системы, оказывая влияние на различные проявления психической деятельности животных и человека [83, 84]. Было показано, что мозговые процессы с участием DA в значительной степени нарушаются при развитии депрессии [85]. Установлено, что активация гиппокампальных D1/D5-рецепторов устраняет длительную депрессию [36, 86]. Вероятно, подобные изменения в нейронных сетях являются одним из ключевых механизмов обеспечения условно-рефлектроной деятельности мозга [87]. Наибольшее увеличение 3-MT наблюдалось в группах 1, 3, 4 и 5 по сравнению с контролем. Учитывая, что DA разными путями метаболизируется в 3-MT и DOPAC при помощи ферментов КОМТ и МОА, соответственно, можно предположить, что более высокий уровень расщепления DA до 3-МТ наблюдался во всех группах, кроме группы дентальной имплантации. Увеличение метаболизма DA по пути DOPAС был отмечен лишь в группах септопластики, синус-лифтинга с дентальной имплантацией и осложненного гайморотомией синус-лифтинга. Можно сделать вывод, что выброс DA в гиппокампе как нейромедиатора, воздействующего на D1/D5 дофаминовые рецепторы и индуцирующего длительную потенциацию пирамидных нейронов субполя CA1 при афферентных стимулах со стороны коллатералей Шаффера, можно рассматривать в качестве механизма защиты (потенциирование улучшение обучения и памяти) в условиях хирургического стресса, с одной стороны, и проявления неадекватной гиперимпульсации в область гиппокампа при нарастании реакций дезадоптации, с другой [88]. Отношения HVA/DA, DOPAC/DA могут отражать активность дофаминергической активности головного мозга [24, 89]. Хронический стресс связан с повышением уровня норадреналина (миндалевидного тела и гиппокампа) и DA (HVA/DA, DOPAC/ DA) в префронтальной коре [90, 91]. Таким образом, хронический стресс провоцирует снижение показателей HVA/DA, DOPAC/ DA. В другом исследовании на примере хронического стресса у крыс было показано, что уровни DOPAC в лобной коре и в гиппокампе повышались, кроме того, в гиппокампе наблюдалось повышенное соотношение 5-HIAA/5-HT. В гипоталамусе были снижены уровни HVA и DOPAC, а также соотношение DOPAC/ DA. Хронический стресс вызывал снижение массы надпочечников. Было установлено, что хронический переменный стресс вызывает снижение дофаминергической нейротрансмиссии в гипоталамусе. Также наблюдались повышенные уровни метаболитов DA в коре и гиппокампе [92]. Во время хэндлинга у крыс-самцов уровень DA его метаболитов увеличивается, что выражается в повышении DOPAC/DA в гиппокампе, миндалевидном теле, мПФК [93]. В гипоталамусе при хроническом стрессе наблюдается снижение дофаминергической активности, о чем свидетельствует снижение соотношений HVA/DA и DOPAC/DA [92]. Уменьшение соотношений 3-MT/DA и DOPAC/DA в настоящем исследовании во 2-й, 4-й и 5-й группах, а также HVA/DA в 4-й и 5-й группах свидетельствует о том, что моделирование хирургических вмешательств в области верхней челюсти, а также в области верхнечелюстной пазухи провоцирует высокий стресс-ответ, который переходит в фазу дезадаптации. Заключение При проведении моделирования синус-лифтинга с одномоментной имплантацией (4-я группа) и дентальной имплантации, осложненной гайморотомией (5-я группа), отмечается рост концентрации метаболитов DA 3-MT, HVA и DOPAC и одновременно снижение дофаминергической активности гиппокампальной формации по сравнению с моделированием септопластики и простым повреждением альвеолярного отростка верхней челюсти. Хирургическая травма при моделировании операций в полости носа, околоносовых пазухах и альвеолярном отростке верхней челюсти у крыс провоцирует выраженный стрессорный ответ дофаминергической системы гиппокампа, что можно интерпретировать как срыв адаптационных механизмов и развитие дезадаптации в раннем послеоперационном периоде.